CPU - Central Processing Unit / Hauptprozessor

CPU steht für Central Processing Unit. Das ist die zentrale Verarbeitungseinheit in einem Computer. Das ist der Hauptprozessor, vereinfacht auch nur Prozessor genannt.

Der Hauptprozessor ist die Funktionseinheit in einem Computer, der die eigentliche Verarbeitungsleistung erbringt. Er ist für die Informationsverarbeitung und die Steuerung der Verarbeitungsabläufe zuständig. Dazu holt sich der Hauptprozessor aus dem Speicher nacheinander die Befehle und veranlasst die Informationsverarbeitung.
Neben dem Hauptprozessor gibt es weitere Prozessoren, die den Hauptprozessor bei bestimmten Berechnungen entlasten. Der Grafikprozessor (GPU) ist zum Beispiel für grafische Berechnungen zuständig.

Der Hauptprozessor oder die CPU ist das Herzstück eines jeden elektronischen Geräts, das Computer-ähnliche Aufgaben hat. Er wird in Smartphones, Taschenrechnern und in Computern, für die er eigentlich erfunden wurde, eingesetzt.

Die bekanntesten Prozessoren stammen von Intel, AMD und ARM. Im Bereich der Entwicklung und Herstellung von Prozessoren haben diese Unternehmen eine führende Rolle. Das betrifft vor allem Server, Desktop-PCs und Notebooks. Es gibt aber noch viele weitere Hersteller und Entwickler von Prozessoren. Im Bereich der Smartphones, Tablets und Haushaltsgeräte spielen Intel und AMD keine Rolle. Hier gibt es Spezial-Prozessoren anderer Hersteller.

GPU - Graphic Processing Unit (Grafikprozessor)

Der Grafikprozessor (GPU) ist für grafische Berechnungen zuständig. Dabei unterstützt er den Hauptprozessor (CPU), der die eigentlichen Rohdaten für die grafische Ausgabe liefert. Der Grafikprozessor macht die Rohdaten dann noch hübsch. Beispielsweise kümmert sich der Grafikprozessor um 3D-Effekte und das belegen von Flächen mit Texturen oder Mustern.
Der Grafikprozessor ist entweder in die CPU integriert, onboard auf dem Motherboard oder auf einer Grafikkarte, mit der ein Computer erweitert werden kann.

Mikroprozessor

Der Mikroprozessor ist ein Prozessor, der vollständig in einem einzigen Schaltkreis untergebraucht ist. Der Prozessor in einem Personal Computer ist in der Regel ein solcher Mikroprozessor.

Mikrocontroller

Ein Mikrocontroller ist ein Prozessor, der über zusätzliche analoge und digitale Ein- und Ausgänge verfügt und für Steuerungsaufgaben vorgesehen ist. Er wird bereits als vollständiger Computer angesehen, der im Embedded-Bereich eingeordnet wird.

Warum ein Prozessor nicht rechnen kann!

Beim Rechnen mit Dualzahlen gelten im Prinzip die gleichen Regeln, wie bei Dezimalzahlen. Das Problem ist jedoch, dass Dualzahlen keine Vorzeichen oder Nachkommastellen kennen und zum Beispiel für die Subtraktion keine logische Verknüpfung existiert.
Das Rechnen mit Dualzahlen, und das ist die Aufgabe eines Prozessors, ist nicht so einfach und deshalb nur sehr umständlich möglich. Das Rechnen mit Zahlen, die nicht positiv und ganzzahlig sind, bedarf komplizierter Funktionen, die in einem Prozessor mit logischen Funkionen zusammengebaut werden müssen.

Übersicht: Prozessortechnik

Die Entwicklung in der Prozessortechnik verlief lange Zeit nach einem scheinbar einfachen Gesetz. Man optimierte den internen Aufbau, verkleinerte die Strukturen, senkte die Betriebsspannung, erhöhte die Taktfrequenz oder verbesserte den Herstellungsprozess. Schon war die nächste Prozessor-Generation geboren. Doch dieser Entwicklung sind enge physikalische Grenzen gesetzt.

Es geht um die Fragestellung, wie man einen Prozessor noch leistungsfähiger machen kann.

Um die Leistungsfähigkeit von Prozessoren zu steigern, werden einige Funktionsblöcke mehrfach integriert. Diese arbeiten parallel und erhöhen so die Rechengeschwindigkeit des Prozessors.
Aufgrund der Vielzahl an Funktionalitäten versuchen die CPU-Hersteller ihre Prozessoren modular zu gestalten. So können die einzelnen Schaltungsteile besser weiterentwickelt werden. Es hilft auch beim Stromsparen, wenn einzelne Prozessorteile abgeschaltet werden können. Zudem lassen sich verschiedene Varianten kombinieren und so neue Prozessortypen bauen.
Neben dem Chipsatz ist der Speichercontroller und die Grafikausgabe heute fester Bestandteil eines jeden Desktop-Prozessors.

CPU-Architekturen

Die x86-Technik von AMD und Intel, zumindest deren Prozessoren, sind auch der Allgemeinheit bekannt. CPUs auf ARM-Basis dagegen schon deutlich weniger. Die meisten CPU-Architekturen sind aber nur Fachleuten bekannt. Dabei sind die vielen unbekannten CPUs oft in Geräten des täglichen Gebrauchs. ARM-CPUs sind in praktisch jedem Smartphone und Tablet. Ein MIPS-Chip steckt etwa in jeder Fritzbox, ein AVR-Kern im Arduino und ein Xtensa LX6 im ESP32.

  • x86-Technik von AMD und Intel
  • ARM
  • PowerPC
  • MIPS
  • SPARC
  • ARC
  • AVR
  • XTensa
  • OpenRISC
  • Open-SPARC
  • OpenPOWER
  • RISC-V

Prozessor-Sockel

In der Anfangszeit der Computer wurden Prozessoren, wie bei Halbleitern üblich, fest auf dem Motherboard aufgelötet. Irgendwann kam man dem Bedarf nach, die Produkte Prozessor und Motherboard voneinander getrennt zu verkaufen. Seit dem 486er (Prozessor von Intel) ist es üblich, auf dem Motherboard einen Sockel, statt einem Prozessor anzubringen. Erst beim Zusammenbau des Computers wird der Prozessor in den Sockel gesteckt und zusammen mit Kühlkörper und Lüfter auf dem Motherboard befestigt.
Für den Prozessorsockel sind die Prozessor-Hersteller verantwortlich, die an dieser Stelle aber mit den Chipsatz- und Motherboard-Herstellern zusammenarbeiten.
Da mit jeder neuen Prozessor-Generation auch ein neuer Prozessorsockel kommt, passen neuere Prozessoren nicht mehr in ältere Motherboards.

Prozessor-Hersteller

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